基于机场消防车座椅系统舒适性研究

摘要

座椅是集力学分析、机械振动、人机工程学、控制工程等一体的综合性产品，作为车辆减振的最后一个环节，座椅系统性能的好坏直接影响乘坐舒适性。传统的座椅系统没有从人机工程学角度出发，设计的座椅并不满足静态舒适性要求；另外，车辆在不同的工况下行驶时，人体对座椅的要求不相同，在良好路面作业时，为提高舒适性，要求座椅悬架尽量软；在粗糙的坏路面行驶时，则要求座椅悬架尽可能较硬，而传统的座椅悬架不满足这一要求，因此，本文结合企业项目“消防车驾驶室产品技术开发”中的一部分，主要对机场消防车座椅系统的舒适性开展研究。
　　本论文首先从座椅静态舒适性出发，研究中国人体尺寸数据，并对数据进行修订和完善，根据人机工程学理论及方法，设计符合中国人体尺寸的驾驶员座椅和人体模型，为后文的仿真研究奠定基础。
　　其次，为保证驾驶员座椅获得良好的动态舒适性，论文采用空气弹簧悬架，分析空气弹簧悬架的结构型式及工作原理，建立空气弹簧系统各个部件的数学模型，并借助MATLAB/Simulink创建仿真模型，仿真结果表明，选择合适的空气弹簧参数能有效衰减振动。
　　然后，根据人体振动舒适性评价方法，在ADAMS中创建带人体模型的机场消防车空气弹簧座椅模型，仿真在不同路面上以不同速度行驶时传至人体的加速度，仿真结果表明，在良好路面行驶时，空气弹簧座椅能有效衰减振动，保证人体的乘坐舒适性，在粗糙路面行驶时，传至人体的加速度超出人体舒适性范围，减振效果有待进一步改善。
　　最后，针对在粗糙路面行驶座椅舒适性较差的情况，本文采用模糊PID控制策略，以人体加速度误差和误差变化率作为输入量，以空气弹簧控制力作为输出量，设计模糊PID控制器，为验证控制效果，与ADAMS建立的整车模型进行联合仿真，并与被动空气弹簧座椅进行对比分析，仿真结果表明，采用模糊PID控制的座椅系统减振效果得到了进一步改善，提高了人体振动舒适性。